C++动态分配内存

C++动态分配内存

1.堆内存分配 ：

C/C++定义了4个内存区间：

    代码区，全局变量与静态变量区，局部变量区即栈区，动态存储区，即堆（heap）区或自由存储区（free store）。

堆的概念：

通常定义变量（或对象），编译器在编译时都可以根据该变量（或对象）的类型知道所需内存空间的大小，从而系统在适当的时候为他们分配确定的存储空间。这种内存分配称为静态存储分配；

    有些操作对象只在程序运行时才能确定，这样编译时就无法为他们预定存储空间，只能在程序运行时，系统根据运行时的要求进行内存分配，这种方法称为动态存储分配。所有动态存储分配都在堆区中进行。

当程序运行到需要一个动态分配的变量或对象时，必须向系统申请取得堆中的一块所需大小的存贮空间，用于存贮该变量或对象。当不再使用该变量或对象时，也就是它的生命结束时，要显式释放它所占用的存贮空间，这样系统就能对该堆空间进行再次分配，做到重复使用有限的资源。

2.堆内存的分配与释放

堆空间申请、释放的方法：

在C++中，申请和释放堆中分配的存贮空间，分别使用new和delete的两个运算符来完成：  

指针变量名=new 类型名(初始化式)；

         delete 指针名;

例如：1、 int *pi=new int(0);

      它与下列代码序列大体等价：

      2、int ival=0, *pi=&ival;

区别：pi所指向的变量是由库操作符new()分配的，位于程序的堆区中，并且该对象未命名。　　

堆空间申请、释放说明：

⑴.new运算符返回的是一个指向所分配类型变量（对象）的指针。对所创建的变量或对象，都是通过该指针来间接操作的，而且动态创建的对象本身没有名字。

⑵.一般定义变量和对象时要用标识符命名，称命名对象，而动态的称无名对象(请注意与栈区中的临时对象的区别，两者完全不同：生命期不同，操作方法不同，临时变量对程序员是透明的)。

⑶.堆区是不会在分配时做自动初始化的（包括清零），所以必须用初始化式(initializer)来显式初始化。new表达式的操作序列如下：从堆区分配对象，然后用括号中的值初始化该对象。

3.堆空间申请、释放演示：

⑴.用初始化式(initializer)来显式初始化

int *pi=new int(0);

⑵.当pi生命周期结束时，必须释放pi所指向的目标：

         delete pi;

注意这时释放了pi所指的目标的内存空间，也就是撤销了该目标，称动态内存释放（dynamic memory deallocation），但指针pi本身并没有撤销，它自己仍然存在，该指针所占内存空间并未释放。

下面是关于new 操作的说明

⑴.new运算符返回的是一个指向所分配类型变量（对象）的指针。对所创建的变量或对象，都是通过该指针来间接操作的，而动态创建的对象本身没有名字。
   ⑵.一般定义变量和对象时要用标识符命名，称命名对象，而动态的称无名对象(请注意与栈区中的临时对象的区别，两者完全不同：生命期不同，操作方法不同，临时变量对程序员是透明的)。

⑶.堆区是不会在分配时做自动初始化的（包括清零），所以必须用初始化式(initializer)来显式初始化。new表达式的操作序列如下：从堆区分配对象，然后用括号中的值初始化该对象。

 
4. 在堆中建立动态一维数组

①申请数组空间：

指针变量名=new 类型名[下标表达式];

注意：“下标表达式”不是常量表达式，即它的值不必在编译时确定，可以在运行时确定。

②释放数组空间：

delete [ ]指向该数组的指针变量名;

注意：方括号非常重要的，如果delete语句中少了方括号，因编译器认为该指针是指向数组第一个元素的，会产生回收不彻底的问题（只回收了第一个元素所占空间），加了方括号后就转化为指向数组的指针，回收整个数组。delete [ ]的方括号中不需要填数组元素数，系统自知。即使写了，编译器也忽略。

＃include <iostream.h>

＃include <string.h>

void main(){

     int n;

     char *pc;

     cout<<"请输入动态数组的元素个数"<<endl;

     cin>>n; //n在运行时确定，可输入17

     pc=new char[n]; //申请17个字符（可装8个汉字和一个结束符）的内存空间

     strcpy(pc,“堆内存的动态分配”);//

     cout<<pc<<endl;

     delete []pc;//释放pc所指向的n个字符的内存空间

     return ;　}

5. 动态一维数组的说明

① 变量n在编译时没有确定的值，而是在运行中输入，按运行时所需分配堆空间，这一点是动态分配的优点，可克服数组“大开小用”的弊端，在表、排序与查找中的算法，若用动态数组，通用性更佳。一定注意：delete []pc是将n个字符的空间释放，而用delete pc则只释放了一个字符的空间；

② 如果有一个char *pc1，令pc1=p，同样可用delete [] pc1来释放该空间。尽管C++不对数组作边界检查，但在堆空间分配时，对数组分配空间大小是纪录在案的。

③ 没有初始化式（initializer），不可对数组初始化。

6.指针数组和数组指针

指针类型:

(1)int*ptr;//指针所指向的类型是int
(2)char*ptr;//指针所指向的的类型是char
(3)int**ptr;//指针所指向的的类型是int* （也就是一个int * 型指针）
(4)int(*ptr)[3];//指针所指向的的类型是int()[3] //二维指针的声明

指针数组：
一个数组里存放的都是同一个类型的指针，通常我们把他叫做指针数组。

比如 int * a[2];它里边放了2个int * 型变量 .

int * a[2]；
a[0]= new int[3];
a[1]=new int[3];
delete a[0];
delete a[1];

注意这里 是一个数组，不能delete [] ;

数组指针：

 一个指向一维或者多维数组的指针.

int * b=new int[10];　指向一维数组的指针b ;
注意，这个时候释放空间一定要delete [] ,否则会造成内存泄露， b 就成为了空悬指针

int (*b2)[10]=new int[10][10]; 注意，这里的b2指向了一个二维int型数组的首地址.
注意：在这里，b2等效于二维数组名，但没有指出其边界，即最高维的元素数量，但是它的最低维数的元素数量必须要指定！就像指向字符的指针，即等效一个字符串,不要把指向字符的指针说成指向字符串的指针。

int(*b3) [30] [20];  //三级指针――>指向三维数组的指针；
int (*b2) [20];     //二级指针；――>指向二维数组的指针；
b3=new int [1] [20] [30];
b2=new int [30] [20];
删除这两个动态数组可用下式：
delete [] b3;  //删除（释放）三维数组；
delete [] b2;  //删除（释放）二维数组；
在堆中建立动态多维数组

new 类型名[下标表达式1] [下标表达式2]……;

例如：建立一个动态三维数组

float (*cp)[30][20] ;  //指向一个30行20列数组

                             //的指针，指向二维数组的指针

cp=new float [15] [30] [20];

      //建立由15个30*20数组组成的数组；

注意：cp等效于三维数组名，但没有指出其边界，即最高维的元素数量，就像指向字符的指针即等效一个字符串,不要把指向字符的指针，说成指向字符串的指针。这与数组的嵌套定义相一致。

float(*cp) [30] [20];  //三级指针；

      float (*bp) [20];     //二级指针；

      cp=new float [1] [20] [30];

      bp=new float [30] [20];

     两个数组都是由600个浮点数组成，前者是只有一个元素的三维数组，每个元素为30行20列的二维数组，而另一个是有30个元素的二维数组，每个元素为20个元素的一维数组。

       删除这两个动态数组可用下式：

delete [] cp;  //删除（释放）三维数组；

//1、先看二维数组的动态创建：

void main(){

    double **data;

    data = new double*[m]; //申请行

    if ((data ) == 0)

     { cout << "Could not allocate. bye ...";

        exit(-1);}

    for(int j=0;j<m;j++)

     { data[j] = new double[n]; //设置列

        if (data[j] == 0)

        { cout << "Could not allocate. Bye ...";

           exit(-1);}  } //空间申请结束，下为初始化

    for (int i=0;i<m;i++)

       for (int j=0;j<n;j++)  data[i][j]=i*n+j;

display(data); //2、二维数组的输出，此处略。

//3、再看二维数组的撤销与内存释放：

   for (int i=0;i<m;i++)

         delete[] data[i];

      //注意撤销次序，先列后行，与设置相反

    delete[] data;

    return;

}

二维数组的内存释放可以做成函数，

调用语句de_allocate(data)；

void de_allocate(double **data){

       for (int i=0;i<m;i++)    delete[] data[i];

       delete[] data;

       return; }

通过指针使堆空间，编程中的几个可能问题

⑴.动态分配失败。返回一个空指针（NULL），表示发生了异常，堆资源不足，分配失败。

          data = new double*[m]; //申请行

          if ((data ) == 0)……

⑵.指针删除与堆空间释放。删除一个指针p（delete p;）实际意思是删除了p所指的目标（变量或对象等），释放了它所占的堆空间，而不是删除ｐ本身，释放堆空间后，ｐ成了空悬指针，不能再通过p使用该空间，在重新给p赋值前，也不能再直接使用p。

⑶.内存泄漏（memory leak）和重复释放。new与delete 是配对使用的， delete只能释放堆空间。如果new返回的指针值丢失，则所分配的堆空间无法回收，称内存泄漏，同一空间重复释放也是危险的，因为该空间可能已另分配，所以必须妥善保存new返回的指针，以保证不发生内存泄漏，也必须保证不会重复释放堆内存空间。

⑷.动态分配的变量或对象的生命期。无名对象的生命期并不依赖于建立它的作用域，比如在函数中建立的动态对象在函数返回后仍可使用。我们也称堆空间为自由空间（free store）就是这个原因。但必须记住释放该对象所占堆空间，并只能释放一次，在函数内建立，而在函数外释放是一件很容易失控的事，往往会出错。

编程学习－动态内存分配－基于C++类

堆对象与构造函数

　通过new建立的对象要调用构造函数，通过deletee删除对象也要调用析构函数。

CGoods *pc;

pc=new CGoods;  //分配堆空间，并构造一个无名

                               //的CGoods对象；

…….

delete pc;  //先析构，然后将内存空间返回给堆；

    堆对象的生命期并不依赖于建立它的作用域，所以除非程序结束，堆对象（无名对象）的生命期不会到期，并且需要显式地用delete语句析构堆对象，上面的堆对象在执行delete语句时，C++自动调用其析构函数。

正因为构造函数可以有参数，所以new后面类（class）类型也可以有参数。这些参数即构造函数的参数。
但对创建数组，则无参数，并只调用缺省的构造函数。见下例类说明：
class CGoods{

           char Name[21];

           int  Amount;

           float Price;

           float Total value;

public:

  CGoods(){}; //缺省构造函数。因已有其他构造函数，系统不会再自动生成缺省构造，必须显式说明。

  CGoods(char* name,int amount ,float price){

            strcpy(Name,name);

            Amount=amount;

            Price=price;

            Total_value=price*amount;　　}

            ……

}；//类声明结束

//下面注意如何使用：

void main(){

  int n;

  CGoods *pc,*pc1,*pc2;

  pc=new CGoods(“夏利2000”，10，118000);

  //调用三参数构造函数

  pc1=new CGoods();  //调用缺省构造函数

  cout<<’输入商品类数组元素数’<<endl;

  cin>>n;

  pc2=new CGoods[n];

 //动态建立数组，不能初始化，调用n次缺省构造函数

  ……

  delete pc;

  delete pc1;

  delete []pc2;  }

此例告诉我们堆对象的使用方法：

申请堆空间之后构造函数运行；

释放堆空间之前析构函数运行；

再次强调：由堆区创建对象数组，只能调用缺省的构造函数，不能调用其他任何构造函数。如果没有缺省的构造函数，则不能创建对象数组。

浅拷贝与深拷贝

对象的构造，也可以由拷贝构造函数完成，即用一个对象的内容去初始化另一个对象的内容。

此时，若对象使用了堆空间（注意和“堆对象”区分），就有深、浅拷贝的问题，不清楚则很容易出错。

1、什么是浅拷贝？

2、浅拷贝可能带来什么问题？

3、什么是深拷贝？

4、深拷贝的实现方法？

什么是浅拷贝

缺省拷贝构造函数：用一个对象的内容初始化另一个同类对象，也称为缺省的按成员拷贝，不是对整个类对象的按位拷贝。这种拷贝称为浅拷贝。

class CGoods{

           char *Name; //不同与char Name[21] ?

           int  Amount;

           float Price; float Total_value;

public： CGoods(){Name=new char[21];}

 CGoods(CGoods & other){ //缺省拷贝构造内容：

            this->Name=other.Name;

            this->Amount=other.Amount;

            this->Price=other.Price;

           this->Total_value="/blog/other.Total_value;}

~CGoods(){delete Name;}//析构函数
};  //类声明结束

浅拷贝带来的问题

void main(){

     CGoods pc;  //调用缺省构造函数

   CGoods pc1(pc);   //调用拷贝构造函数

} //程序执行完，对象pc1和pc将被析构，此时出错。

析构时，如用缺省的析构函数，则动态分配的堆空  

        间不能回收。

如果用有“delete Name;”语句的析构函数，则先

        析构pc1时，堆空间已经释放，然后再析构pc  

       时出现了二次释放的问题。

这时就要重新定义拷贝构造函数，给每个对象独

        立分配一个堆字符串，称深拷贝。

深拷贝——自定义拷贝构造

CGoods(CGoods & other){ //自定义拷贝构造

            this->Name=new char[21];

            strcpy(this->Name,other.Name);

            this->Amount=other.Amount;

            this->Price=other.Price;

            this->Total_value="/blog/other.Total_value;}

例子：定义copy structor和拷贝赋值操作符(copy Assignment Operator）实现深拷贝。
//学生类定义：

class student{

     char *pName; //指针成员

public:

     student();

     student(char *pname);

     student(student &s); //拷贝构造函数

     ~student();

     student & operator=(student &s);

                                    //拷贝赋值操作符

};

//缺省构造函数：

student::student()

 {   pName=NULL; cout<<“Constructor缺省 ";  }

//带参数构造函数：

student::student(char *pname){

       if(pName=new char[strlen(pname)+1])     

              strcpy(pName,pname);

       cout <<"Constructor" <<pName<<endl;}

//拷贝构造函数：

student::student(student &s){

    if(s.pName!=NULL){

        if(pName=new char[strlen(s.pName)+1])

               strcpy(pName,s.pName); }

  //加1不可少，否则串结束符冲了其他信息，析构会出错！

    else pName=NULL;

    cout <<"Copy Constructor" <<pName<<endl;}

//析构函数：

student::~student(){

    cout<<"Destructor"<<pName<<endl;

    if(pName) delete[ ]pName;} //释放字符串

//拷贝赋值操作符：

student & student::operator=(student &s){

    if(pName) delete[ ]pName;

    if(s.pName){

       if(pName=new char[strlen(s.pName)+1]) 

             strcpy(pName,s.pName);}

    else pName=NULL;

cout <<"Copy Assign operator" <<pName<<‘ ’;

    return *this;}

堆内存是最常用的需要自定义拷贝构造函数的资源，但不是唯一的，如打开文件等也需要。

   如果类需要析构函数来释放某些资源，则类也需要一个自定义的拷贝构造函数。此时，对象的拷贝就是深拷贝了。